ความแตกต่างของกระบวนการผลิตท่อเหล็กแบบไม่มีรอยต่อกับท่อเหล็กแบบเชื่อม

ความแตกต่างพื้นฐานในการผลิต: การเจาะทะลุเทียบกับการขึ้นรูปและเชื่อม

ความแตกต่างพื้นฐานที่สุดระหว่างท่อเหล็กแบบไม่มีรอยต่อกับท่อเหล็กแบบมีรอยเชื่อม อยู่ที่วิธีการผลิตที่ต่างกัน ท่อแบบไม่มีรอยต่อถูกขึ้นรูปจากแท่งเหล็กกลมทึบ โดยไม่มีรอยเชื่อมตามแนวยาวหรือแนวเกลียว กระบวนการผลิตเริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนกับแท่งเหล็กทึบจนถึงอุณหภูมิประมาณ 1,250 องศาเซลเซียส แล้วดันผ่านแท่งเจาะเพื่อสร้างเปลือกกลวง บิลเล็ตที่ร้อนจัดและกลวงนี้จะถูกส่งผ่านชุดของลูกกลิ้งเว้าซ้ำ ๆ กัน เพื่อขึ้นรูปเป็นท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนังที่เหมาะสม ผลลัพธ์ที่ได้คือท่อที่มีโครงสร้างต่อเนื่องและสม่ำเสมอ โดยไม่มีจุดอ่อนเช่นเดียวกับท่อแบบเชื่อม ในทางตรงกันข้าม ท่อแบบเชื่อมผลิตโดยการขึ้นรูปแผ่นเหล็กหรือม้วนเหล็กให้เป็นรูปทรงท่อก่อนเชื่อมขอบเข้าด้วยกัน รอยเชื่อมคือจุดแตกต่างพื้นฐาน เนื่องจากสร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ซึ่งอาจมีสมบัติเชิงกลที่ต่างไปจากโลหะพื้นฐาน .

การผลิตท่อไร้รอยต่อ: การรีดร้อนและการดึงเย็น

การผลิตท่อไร้รอยต่อแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ การรีดร้อนและการรีดเย็น (หรือการดึงเย็น) ซึ่งแต่ละวิธีเหมาะสำหรับท่อที่มีข้อกำหนดและวัตถุประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกัน วิธีการรีดร้อนคิดเป็นสัดส่วนประมาณ ๘๐–๙๐% ของการผลิตท่อไร้รอยต่อโดยรวม และมักใช้สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าและผนังหนากว่า กระบวนการนี้ประกอบด้วย: การเตรียมแท่งโลหะ—การเลือกแท่งเหล็กกลมคุณภาพสูงและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม; การเจาะรู—ใช้เครื่องเจาะรูเพื่อเจาะแท่งโลหะที่ให้ความร้อนแล้วให้เป็นเปลือกกลวง; การรีด—ใช้เครื่องรีดท่อเพื่อรีดเปลือกให้เป็นท่อเหล็กตามขนาดที่ต้องการ; การปรับขนาดและทำให้ตรง—เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำของมิติ; การรักษาความร้อน—เช่น การทำ normalized และ annealing เพื่อปรับปรุงสมบัติเชิงกล; และการตรวจสอบสุดท้ายพร้อมบรรจุภัณฑ์ ท่อไร้รอยต่อแบบรีดร้อนมีประสิทธิภาพการผลิตสูงและต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม คุณภาพพื้นผิวและความแม่นยำของมิติค่อนข้างต่ำกว่า สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงกว่านั้น จะใช้กระบวนการดึงเย็น โดยเริ่มจากเปลือกท่อที่รีดร้อนเป็นวัตถุดิบ จากนั้นจึงล้างกรดเพื่อกำจัดคราบออกซิเดชันบนพื้นผิว ท่อเหล็กเบื้องต้นจะผ่านกระบวนการปรับแต่งให้ได้ขนาดตามที่ต้องการด้วยเครื่องรีดเย็นหรือเครื่องดึงเย็น ซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำของมิติและคุณภาพพื้นผิวอย่างมาก . ท่อเหล็กที่ผ่านการขึ้นรูปเย็นมักจะผ่านกระบวนการอบอ่อนเพื่อกำจัดความเครียดภายในและคืนสมบัติความเหนียวกลับมา แล้วจึงผ่านขั้นตอนการตกแต่งสุดท้าย เช่น การทำให้ตรง การตัด และการขัดเงา . ท่อไร้ตะเข็บที่ผ่านการรีดเย็นมีลักษณะเด่นคือความแม่นยำของขนาดสูงและผิวเรียบเนียน จึงเหมาะสำหรับใช้ในเครื่องจักรความแม่นยำสูงและระบบไฮดรอลิก .

การผลิตท่อเชื่อม

ท่อเหล็กที่ผ่านการเชื่อมผลิตขึ้นด้วยกระบวนการหลักสามแบบ ได้แก่ การเชื่อมด้วยความต้านทานไฟฟ้า (ERW) การเชื่อมแบบอาร์คใต้ฟลักซ์แนวยาว (LSAW) และการเชื่อมแบบอาร์คใต้ฟลักซ์แบบเกลียว (SSAW) ซึ่งแต่ละแบบมีวัตถุดิบ วิธีการขึ้นรูป และจุดประสงค์การใช้งานที่แตกต่างกัน . ท่อ ERW ผลิตจากม้วนแผ่นเหล็กรีดร้อนกว้าง ซึ่งผ่านขั้นตอนการโค้งล่วงหน้า การขึ้นรูป การเชื่อม การรักษาความร้อน การปรับขนาด การทำให้ตรง และการตัด การให้ความร้อนด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงจะทำให้ผิวที่ต้องการเชื่อมหลอมละลายเฉพาะจุด จากนั้นจึงใช้แรงดันเพื่อให้ผิวทั้งสองเชื่อมติดกันโดยไม่ต้องใช้ขั้วเชื่อม ท่อ ERW มีความแม่นยำด้านมิติสูง ความหนาของผนังสม่ำเสมอ คุณภาพพื้นผิวดี และสามารถทนแรงดันสูงได้ อย่างไรก็ตาม ท่อมีข้อจำกัดเรื่องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กและผนังที่บาง ใช้งานอย่างแพร่หลายในการขนส่งก๊าซในเมือง น้ำมันดิบ และน้ำมันสำเร็จรูป . ท่อ LSAW ผลิตจากแผ่นเหล็กเดี่ยวที่ถูกขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์หรือเครื่องขึ้นรูป แล้วเชื่อมด้วยวิธีเชื่อมแบบอาร์กใต้คราบสารหลอม (submerged arc welding) แบบสองด้าน ตามด้วยขั้นตอนการขยายขนาด วิธีการ UOE คือการกดแผ่นเหล็กให้เป็นรูปตัวยู แล้วตามด้วยรูปตัวโอ จากนั้นเชื่อมรอยต่อทั้งด้านในและด้านนอกด้วยการเชื่อมแบบ seam welding และขยายท่อด้วยเครื่องจักร ส่วนกระบวนการ JCOE จะขึ้นรูปแผ่นอย่างค่อยเป็นค่อยไปผ่านชุดเครื่องกดหลายขั้นตอน ท่อ LSAW มีช่วงข้อกำหนดผลิตภัณฑ์กว้าง พร้อมคุณสมบัติที่ดีในด้านความเหนียว ความยืดหยุ่น ความสม่ำเสมอ และความหนาแน่นของรอยเชื่อม โดยโดดเด่นในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ ผนังหนา ทนแรงดันสูง และทนอุณหภูมิต่ำ . ท่อ SSAW ผลิตโดยการป้อนม้วนแผ่นเหล็กเข้าเครื่องอย่างต่อเนื่องในแนวเฉียง แล้วเชื่อมรอยแบบเกลียวด้วยกระบวนการเชื่อมแบบ submerged arc welding แบบสองลวดทั้งสองด้านโดยอัตโนมัติ วิธีนี้ทำให้สามารถผลิตท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ (Φ1016–3200 มม.) ได้โดยใช้ม้วนแผ่นที่แคบกว่าและมีต้นทุนต่ำกว่า กระบวนการเชื่อมแบบเกลียวทำให้สามารถผลิตท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ที่เหมาะสมสำหรับการลำเลียงน้ำมันและก๊าซปริมาณมาก ท่อ SSAW ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในการส่งผ่านน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และน้ำ รวมถึงงานเข็มหลักและงานโครงสร้าง

ความแตกต่างด้านประสิทธิภาพและต้นทุน

กระบวนการผลิตที่แตกต่างกันส่งผลให้เกิดคุณสมบัติการใช้งาน ต้นทุน และมิติที่ไม่เหมือนกัน ท่อแบบไม่มีรอยเชื่อม (seamless pipes) ซึ่งไม่มีรอยเชื่อม จะถูกมองว่ามีความแข็งแรงและเชื่อถือได้มากกว่า ท่อชนิดนี้มีความสม่ำเสมอสูงมากในทิศทางรอบวง จึงมีความต้านทานต่อแรงดันภายในและแรงบิดได้ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตที่ทันสมัยและการทดสอบประกันคุณภาพได้ทำให้ความแตกต่างของความแข็งแรงระหว่างท่อทั้งสองประเภทลดลงอย่างมาก ในทางปฏิบัติ วิธีการเชื่อมสมัยใหม่ โดยเฉพาะ ERW/HFW สามารถสร้างรอยต่อที่มีความแข็งแรงเท่ากับหรือสูงกว่าวัสดุพื้นฐาน ท่อแบบมีรอยเชื่อมมีผิวเรียบกว่า มีความสม่ำเสมอกว่า และผลิตได้ในต้นทุนที่ต่ำกว่าท่อแบบไม่มีรอยเชื่อม โดยทั่วไป ท่อแบบไม่มีรอยเชื่อมมีราคาสูงกว่าท่อแบบมีรอยเชื่อม 20–40% และใช้เวลานานกว่าในการจัดหาสำหรับขนาดใหญ่ ความแข็งแรงโดยธรรมชาติของท่อแบบมีรอยเชื่อมจะถูกกำหนดไว้เป็นทางการว่าต่ำกว่าท่อแบบไม่มีรอยเชื่อมที่เทียบเคียงกันประมาณ 20% (ตามที่มาตรฐานกำหนด) ความสม่ำเสมอของผนังยังแตกต่างกัน: ท่อเชื่อมมักมีค่าความเบี่ยงเบน ±10% หรือดีกว่านั้น ขณะที่ท่อไร้รอยต่อมักมีค่าความไม่เป็นศูนย์กลาง (eccentricity) ที่ ±12.5% .

โดเมนการใช้งาน: เมื่อใดควรเลือกแต่ละประเภท

การเลือกระหว่างท่อไร้รอยต่อและท่อเชื่อมขึ้นอยู่กับความต้องการด้านแรงดัน ขนาดท่อ งบประมาณ และระยะเวลาจัดส่ง ท่อไร้รอยต่อจำเป็นต้องใช้ หรือแนะนำให้ใช้เป็นพิเศษในงานที่มีแรงดันสูง เช่น ในอุตสาหกรรมไฮโดรคาร์บอน โรงกลั่นน้ำมัน การสำรวจและขุดเจาะน้ำมันกับก๊าซ รวมถึงกระบอกสูบไฮดรอลิก นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับงานที่มีอุณหภูมิสูงเกิน 400°C งานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า -46°C และงานที่มีสภาพแวดล้อมเป็นกรด (sour service) ซึ่งต้องลดความเสี่ยงของการแตกร้าวในบริเวณที่ได้รับความร้อน (HAZ) ให้น้อยที่สุด นอกจากนี้ยังนิยมใช้ท่อไร้รอยต่อสำหรับระบบท่อขนาดเล็ก (NPS 2 หรือต่ำกว่า) ซึ่งเป็นมาตรฐานปฏิบัติทั่วไป ข้อกำหนดท่อไร้รอยต่อที่พบบ่อย ได้แก่ ASTM A106, A335 และ API 5L ท่อเชื่อมมักยอมรับได้ — และมักเป็นที่นิยมมากกว่า — สำหรับท่อขนาดใหญ่ (NPS 24 ขึ้นไป) ซึ่งท่อไร้รอยต่ออาจไม่มีจำหน่าย หรือมีราคาแพงเกินไป , สำหรับการใช้งานเชิงโครงสร้างตามมาตรฐาน ASTM A500 หรือ EN 10219 และสำหรับการส่งน้ำและการใช้งานสาธารณูปโภคที่มีแรงดันต่ำ . ท่อเชื่อมมักใช้ในงานบริการอาคารสำหรับน้ำที่ไม่ใช่เพื่อการดื่ม เช่น น้ำแรงดันต่ำ ระบบทำความร้อน การทำความเย็น และก๊าซ . ข้อกำหนดท่อเชื่อมที่พบบ่อย ได้แก่ ASTM A53 แบบ E, API 5L และ ASTM A671/A672 . ค่าประสิทธิภาพของรอยเชื่อม (E) ตาม ASME B31.3 ใช้พิจารณาว่าท่อเชื่อมสามารถรองรับความต้องการแรงดันในการออกแบบได้หรือไม่: สำหรับท่อ ERW ที่ตรวจสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง E มีค่าระหว่าง 0.85 ถึง 1.0; ส่วนท่อแบบไม่มีรอยต่อ E จะเท่ากับ 1.0 เสมอ . โดยการเข้าใจความแตกต่างพื้นฐานของกระบวนการเหล่านี้ วิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อจัดจ้างสามารถเลือกประเภทท่อที่เหมาะสมที่สุด เพื่อให้สมดุลระหว่างข้อกำหนดทางเทคนิคกับปัจจัยด้านเศรษฐกิจสำหรับแต่ละการใช้งานเฉพาะ